Java Class文件詳解 認(rèn)識java的Class類

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Class 類是在Java語言中定義一個特定類的實(shí)現(xiàn)。一個類的定義包含成員變量，成員方法，還有這個類實(shí)現(xiàn)的接口，以及這個類的父類。Class類的對象用于表示當(dāng)前運(yùn)行的 Java 應(yīng)用程序中的類和接口。 比如：每個數(shù)組均屬于一個 Class 類對象，所有具有相同元素類型和維數(shù)的數(shù)組共享一個Class 對象�；镜� Java 類型(boolean, byte, char, short, int, long, float 和 double) 和 void 類型也可表示為 Class 對象。

一，class類有什么用？

   class類的實(shí)例表示java應(yīng)用運(yùn)行時的類(class ans enum)或接口(interface and annotation)（每個java類運(yùn)行時都在JVM里表現(xiàn)為一個class對象，可通過類名.class,類型.getClass(),Class.forName("類名")等方法獲取class對象）。數(shù)組同樣也被映射為為class 對象的一個類，所有具有相同元素類型和維數(shù)的數(shù)組都共享該 Class 對象。基本類型boolean，byte，char，short，int，long，float，double和關(guān)鍵字void同樣表現(xiàn)為 class  對象。

二，class類的特征
    class類沒有公有的構(gòu)造方法，它由JVM自動調(diào)用（在new對象或者加載-classLoader時）。

    下面的方法作用是打印出對象的class name：

 void printClassName(Object obj) {
         System.out.println("The class of " + obj +
                            " is " + obj.getClass().getName());
   }
  同樣可以根據(jù)class literal 獲得class name：
  System.out.println("The name of class Foo is: "+Foo.class.getName());//你可以將Foo改為void嘗試下。
三，class的主要方法

class類的方法還是挺多的。主要是用于得到運(yùn)行時類的相關(guān)信息(可用于反射)。

  重要的幾個方法：

1， public static Class<?> forName(String className) ：natice 方法，動態(tài)加載類。非常重要。
       如在sql中動態(tài)加載驅(qū)動程序:class.forName(sqlDriver);

2，public T newInstance() ：根據(jù)對象的class新建一個對象，用于反射。非常重要。
       可用在反射中構(gòu)建對象，調(diào)用對象方法：

       class doubleClass= class.forName("java.lang.Double");

       Object objDouble = doubleClass.newInstance();

       如在javaBean中就應(yīng)用了這個方法，因為java默認(rèn)要有一個無參構(gòu)造函數(shù)。

3， public ClassLoader getClassLoader() ：獲得類的類加載器Bootstrap  ，Extension ,System or user custom      ClassLoader(一般為system classloader)。重要。

4，public String getName() ：獲取類或接口的名字。記住enum為類，annotation為接口。重要

5，public native Class getSuperclass()：獲取類的父類，繼承了父類則返回父類，否則返回java.lang.Object。返回Object的父類為空-null。一般
6，public java.net.URL getResource(String name) ：根據(jù)字符串獲得資源。

7，其他類 

 public boolean isEnum() ：判斷是否為枚舉類型。

 public native boolean isArray() ：判斷是否為數(shù)組類型。

 public native boolean isPrimitive() ：判斷是否為基本類型。
 public boolean isAnnotation() ：判斷是否為注解類型。

public Package getPackage() ：反射中獲得package，如java.lang.Object 的package為java.lang。

public native int getModifiers() ： 反射中獲得修飾符，如public static void等 。

public Field getField(String name)：反射中獲得域成員。

public Field[] getFields() :獲得域數(shù)組成員。    
public Method[] getMethods() ：獲得方法。

public Method getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)：加個Declared代表本類，繼承，父類均不包括。

public Constructor<?>[] getConstructors() ：獲得所有的構(gòu)造函數(shù)。

如此我們可以知道反射可以運(yùn)行時動態(tài)獲得類的所有信息，并新建對象（newInstance()方法）。

Class文件中包含以下信息：

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1. 通過實(shí)例來看

[+]view code

我們使用WinHex查看Sub類的.class文件：

2. 魔數(shù)

作用：確定該文件是否是虛擬機(jī)可接受的class文件。java的魔數(shù)統(tǒng)一為 0xCAFEBABE (來源于一款咖啡)。

區(qū)域：文件第0~3字節(jié)。

3. 版本號

作用：表示class文件的版本，由minorversion和majorversion組成。

區(qū)域：文件第4~7字節(jié)。
如

51代表，jdk為1.7.0

需要注意的是java版本號是從45開始的，大版本發(fā)布，主版本號+1.高版本的jdk能向下兼容以前版本的class文件，但不兼容以后版本的class文件。

4. 常量池

常量池的大小是不固定的，根據(jù)你的類中的常量的多少而定，所以在常量池的入口，放置了一個u2類型的表示常量池中常量個數(shù)的常量池容量計數(shù)器。計數(shù)器從1開始，第0位有特殊含義，表示指向常量池的索引值數(shù)據(jù)不引用任何一個常量池項目。池中的數(shù)據(jù)項就像數(shù)組一樣是通過索引訪問的。

我們可以清楚的看到，我們常量池中有63-1=62個常量。這些常量是什么呢？

要存放字面量Literal和符號引用Symbolic References。

字面量可能是文本字符串，或final的常量值。
符號引用包括以下：

類或接口全限定名 Full Qualified Name

字段名稱和描述符 Descriptor

方法名稱和描述符

我們使用反編譯工具查看一下：

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常量池中的項目類型如下：

CONSTANT_Utf8_info      tag標(biāo)志位為1,   UTF-8編碼的字符串

CONSTANT_Integer_info  tag標(biāo)志位為3， 整形字面量

CONSTANT_Float_info     tag標(biāo)志位為4， 浮點(diǎn)型字面量

CONSTANT_Long_info     tag標(biāo)志位為5， 長整形字面量

CONSTANT_Double_info  tag標(biāo)志位為6， 雙精度字面量

CONSTANT_Class_info    tag標(biāo)志位為7， 類或接口的符號引用

CONSTANT_String_info    tag標(biāo)志位為8，字符串類型的字面量

CONSTANT_Fieldref_info  tag標(biāo)志位為9,  字段的符號引用

CONSTANT_Methodref_info  tag標(biāo)志位為10，類中方法的符號引用

CONSTANT_InterfaceMethodref_info tag標(biāo)志位為11, 接口中方法的符號引用

CONSTANT_NameAndType_info tag 標(biāo)志位為12，字段和方法的名稱以及類型的符號引用

5. 類或接口訪問標(biāo)志

表示類或者接口方面的訪問信息，比如Class表示的是類還是接口，是否為public、static、final等。，下面我們就來看看TestClass的訪問標(biāo)示。Class的訪問標(biāo)志值為0x0021：

根據(jù)前面說的各種訪問標(biāo)示的標(biāo)志位，我們可以知道：0x0021=0x0001|0x0020 也即ACC_PUBLIC 和 ACC_SUPER為真，其中ACC_PUBLIC大家好理解，ACC_SUPER是jdk1.2之后編譯的類都會帶有的標(biāo)志。

6. 類索引、父類索引與接口索引集合

Class文件中由這3項數(shù)據(jù)來確定類的繼承關(guān)系。

類索引和父類索引都是指向常量池中的常量索引：

緊接著后面是一個接口的計數(shù)器和接口描述符：

7. 字段表集合

作用：描述接口或者類中聲明的類變量以及實(shí)例變量，不包括方法中的局部變量。

緊接著接口索引集合之后的2字節(jié)是字段計數(shù)器：

表示我們類中有3個字段，這里便是subInt、subString、subObject 3個字段。緊接其后的是字段表，字段表結(jié)構(gòu)為：

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access_flags項的值是用于定義字段被訪問權(quán)限和基礎(chǔ)屬性的掩碼標(biāo)志。取值范圍如下表：

描述符標(biāo)識字符含義：

V 表示特殊類型void。

對于數(shù)組類型，每一個維度將使用一個前置的”["字符來描述，如一個定義的"java.lang.String[][]“類型的二維數(shù)組，將被記錄為:”[[Ljava/lang/String;",一個整型數(shù)組"int[]“將被記錄為”[I"

父類中的字段不會出現(xiàn)在子類的字段表中。

8. 方法表集合

字段表集合結(jié)束后便是方法表集合。

作用：描述該類中的方法。

和字段表一樣，使用一個u2類型的方法計數(shù)器，記錄該類中方法的個數(shù)。

表示我們的類中有9個方法。

方法表的結(jié)構(gòu)如下圖所示

其中name_index和descriptor_index表示的是方法的名稱和描述符，他們分別是指向常量池的索引。這里需要結(jié)解釋一下方法的描述符，方法的描述符的結(jié)構(gòu)為：（參數(shù)列表）返回值，比如public int instanceMethod(int param)的描述符為：（I）I，表示帶有一個int類型參數(shù)且返回值也為int類型的方法，方法java.lang.String.toString()的描述符為"()Ljava/lang/String;"，int IndexOf(char[] source,int sourceOffset,int sourceCount,char[] target int targetOffset,int targetCount,int fromIndex) 表示為([CII[CII)I。接下來就是屬性數(shù)量以及屬性表了，方法表和字段表雖然都有 屬性數(shù)量和屬性表，但是他們里面所包含的屬性是不同。

如果父類方法在子類中沒有被重寫（@Override），方法表中就不會出現(xiàn)來自父類的方法信息。

9. 屬性表集合

上面的方法表中我們就看到<init>方法有一個Code的屬性。在本節(jié)我們將闡述這些屬性：

Code屬性：

該屬性里主要存放由javac編譯器處理后得到的字節(jié)碼指令。

其中attribute_name_index指向常量池中值為Code的常量，attribute_length的長度表示Code屬性表的長度（這里 需要注意的時候長度不包括attribute_name_index和attribute_length的6個字節(jié)的長度）。

max_stack表示最大棧深度，虛擬機(jī)在運(yùn)行時根據(jù)這個值來分配棧幀中操作數(shù)的深度，而max_locals代表了局部變量表所需的存儲空間。

max_locals的單位為slot，slot是虛擬機(jī)為局部變量分配內(nèi)存的最小單元，在運(yùn)行時，對于不超過32位類型的數(shù)據(jù)類型，比如 byte,char,int等占用1個slot，而double和Long這種64位的數(shù)據(jù)類型則需要分配2個slot，另外max_locals的值并不是所有局部變量所需要的內(nèi)存數(shù)量之和，因為slot是可以重用的，當(dāng)局部變量超過了它的作用域以后，局部變量所占用的slot就會被重用。方法參數(shù)、顯示異常處理器的參數(shù)、方法體中定義的局部變量都要使用局部變量表來存放。

code_length代表了字節(jié)碼指令的數(shù)量，而code表示的是字節(jié)碼指令，從上圖可以知道code的類型為u1,一個u1類型的取值為0x00-0xFF,對應(yīng)的十進(jìn)制為0-255，目前虛擬機(jī)規(guī)范已經(jīng)定義了200多條指令。

exception_table_length以及exception_table分別代表方法對應(yīng)的異常信息。

attributes_count和attribute_info分別表示了Code屬性中的屬性數(shù)量和屬性表，從這里可以看出Class的文件結(jié)構(gòu)中，屬性表是很靈活的，它可以存在于Class文件，方法表，字段表以及Code屬性中。

修改一下Sub中的InterB方法：

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大家不妨先猜一下這個函數(shù)的結(jié)果是什么？假如在try塊中發(fā)生異常，結(jié)構(gòu)又是什么？我相信對Java語言熟悉的朋友，肯定知道答案。

使用反編譯工具查看：

[+]view code

從 args_size=2這條反編譯代碼，我們可以知道，在public int interB(int i)這個方法中有6個局部變量，2個參數(shù)，可是我們的函數(shù)中明明只有一個參數(shù)么……這是因為編譯器會為每一個實(shí)例函數(shù)包括構(gòu)造器添加一個參數(shù)this，在JVM調(diào)用該方法的時候會該形參傳遞一個實(shí)參—方法所在對象的自身。

      Exception table:

         from    to   target    type

             2       9       14         Class java/lang/Exception

             2       9       25         any

            14      20    25         any

上表表頭表示，當(dāng)字節(jié)碼在form行到to行（不包括to行）出現(xiàn)類型為type的異常，則轉(zhuǎn)到第target行繼續(xù)處理。

從方法的異常表中，我們可以看到這個函數(shù)有3條執(zhí)行路徑：

這里我們插入闡述一下LineNumberTable表的含義：它表示Java源碼行號與字節(jié)碼行號之間的對應(yīng)關(guān)系。

對照上圖，我們能清晰的看出這3條路徑。

知道了該方法執(zhí)行的3條路徑，我們也就知道剛才我們的那個問題有3個答案：沒有異常是為x+i；try塊中出現(xiàn)Exception類型的錯誤時，返回-1；出現(xiàn)Exception以外的任何異常方法非正常結(jié)束，沒有返回值。

      LocalVariableTable:

        Start  Length  Slot  Name   Signature

               0      32        0      this         Lcom/gissky/clazz/Sub;

               0      32        1        i             I

               2      30        2        x            I

              15    10        3        e            Ljava/lang/Exception;

LocalVariableTable表示局部變量表，描述方法中局部變量。

如果你對返回的答案能理解的話，那么我相信你也肯定知道，我們函數(shù)中只有4個參數(shù)，但max_locals卻等于6。不懂的話仔細(xì)看一下Code中字節(jié)碼的執(zhí)行過程變可以理解了。

一個方法在執(zhí)行時需要多大的局部變量空間在編譯時期就知道了，方法執(zhí)行期間不會改變局部變量表的大小。

Signature 屬性：

該屬性是在JDK1.5新增的。該屬性可用于類、屬性表和方法表結(jié)構(gòu)的屬性表中。使用泛型簽名如果包含了類型變量（Type Variables）或參數(shù)化類型（Parameterized Types），則Signature 屬性會為它記錄泛型簽名信息。當(dāng)我們要泛型類中拿到泛型的實(shí)際類型的時候非常有用。

實(shí)例：

在使用Hibernate時，我習(xí)慣將為Dao層封裝一個泛型基類，來放置一些通用的方法，而Hibernate有很多方法都要傳遞一個POJO的類型，然后進(jìn)行查詢，如load方法。我們構(gòu)建這樣的一個基類：

public abstract class BaseDaoImpl<T, PK extends Serializable> extends HibernateDaoSupport implements BaseDao<T, PK>

那么load中要使用的POJO類型便是T的實(shí)際類型。怎么來那倒這個屬性呢？這里邊要使用到Signature屬性了。

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這時，getById中就可以直接使用了：

    public T getById(PK id) {

        return (T) getHibernateTemplate().load(entityClass, id);

    }